Functional nanoplasmonic devices and novel photonic materials

Plasmonik ışık ve madde arasındaki etkiletişimi inceleyen etkin nanofotonik alanlarından birisidir. Uygulama olarak güneş enerjısı, ışık detektörleri, optik iletişim, yüzey geliştirilmiş kızılötesi and Raman spektroskopi, kızılötesi and terahertz görüntüleme gibi alanları kapsamaktadır. Uygulama alanları çok olmasına ragmen plazmonik etkilerin gözlemlendiği yapılar limitlidir. Bu tezde, bilinen bir plazmonik yapı olan metal-yalıtkan-metal rezonatörlerin kızılötesi spektrumda aktif ışık yönlendirme uygulaması incelenecektir. Bu rezonatörlerle oluşturulan faz dizi anten konfigurasyonunun yayılma karakteristikleri incelenecektir. Malzeme özellikleri açısından plazmonik uygulamalarda düşük iç kayıp CMOS fabrikasyon uyumluluğu ve biyo-uygunluk aranan kritik özellikler arasında gelmektedir. Plazmon uyarma malzemesi olarak asil metaller yüksek ışık lokalizasyonu için çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların arasından altın ve gümüş yüksek iç kayıp ve CMOS fabrikasyon uyumsuzluğu sorunlarını göstermektedir. Bu çalışmada yüksek sayıdaki serbest yük taşımasındasından olayı indiyum-nitratı CMOS fabrikasyonuna uygun kızılötesi plazmonik malzeme olarak incelenmektedir. Indiyum nitratın kızılötesi optik özellikleri, kızılötesi soğurucu uygulaması ve plazmon karakteristikleri incelenecektir. Diğer yandan, çinko-oksit alternatif plazmonik olmayan kızılötesi görüntüleme çalışmalarına uygun yüksek soğurucu özellikler gösteren malzeme olarak incelenecektir. Optik modülatörler entegre optik, biyo-algılama, telekomunikasyon, radio frekansı ve terahertz uygulamaları gibi aktif ışık manipülasyon teknolojilerinin kalbinde bulunmaktadır. Bu uygulamalar için birden fazla optik modülasyon şemaları gerçekleştirilmiş olmasına ragmen altta yatan optik modülasyon mekanizmeleri çok değişmemiştir. En sık kullanılan modülasyon mekanizmaları arasında serbest yük kontrolü, termo-optik yöntem, sıvı kristal, opto-manyetik, lineer olmayan ve yeni ortaya çıkan katı katman faz değişimi malzemeleri yer almaktadır. Burada, direnç değişimi yöntemi yeni bir kızılötesi aktif modülasyon tekniği olarak sunulmaktadır. Al/ZnO/Si yığınının elektriksel direnç değişimi karakteristikleri ve elektrik uygulanması sırasında optik modülasyon karakteristikleri incelenmektedir. Işısal yansıma spektrumunda aktif histeresiz gösteren modülasyon gözlemlenmektedir. Bu çalışmanın yanı sıra, atomik katman kaplama tekniği ile büyütülmüş çinko-oksit malzemenin termo-optik modülasyön karakteristikleri de incelenmiştir. Bu malzeme spektroskopik elipsometre ile incelenmiş ve bununla aktif olarak değiştirilebilen yansıma yüzeyi tasarlanmıştır.